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建造城市污水處理廠(chǎng)是解決城市水污染問(wèn)題最重要和最有效的技術(shù)措施，但由于處理設施基建和運營(yíng)費用高昂，能源消耗量大，使這一進(jìn)程在我國的推進(jìn)受到制約。城市污水處理工藝能耗能效研究雖起步較早，卻發(fā)展緩慢，特別在國內未引起足夠的重視。迄今為止，該領(lǐng)域的基本理論、研究方法和研究框架在國際、國內還無(wú)統一的認識。 本研究以有機污染物降解的熱力學(xué)分析和微生物能量利用的熱力學(xué)原理為基礎，實(shí)現了水質(zhì)指標與能量指標的耦合，建立了城市污水處理工藝能量平衡分析的理論模型和能量平衡技術(shù)指標體系的框架，提出了處理廠(chǎng)能效評價(jià)的方法。在該體系的指導下，本文對數座城市污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了實(shí)例研究并提出了其中一座廠(chǎng)的節能運行方案，通過(guò)生產(chǎn)性實(shí)驗，驗證了方案的可行性與可靠性。主要工作和結論如下： (1)本文在對我國城市污水處理典型工藝能量利用現狀考察的基礎上，概括分析了國內常見(jiàn)污水污泥處理工藝的耗能特點(diǎn)、處理廠(chǎng)常用設備裝置和工藝過(guò)程的耗能水平，并對直接能耗(主要是電耗)費用與全廠(chǎng)運轉費用的關(guān)系作了定性評估。 (2)本文根據化工熱力學(xué)和生物熱力學(xué)的相關(guān)理論，對有機物代謝的能量轉移、ATP在分解代謝和合成代謝中的耦聯(lián)作用等作了概括和歸納，并對細胞增殖的熱力學(xué)模型作了分析。污水處理工藝過(guò)程遵守熱力學(xué)基本定律；在生物反應器系統中發(fā)生的是不可逆過(guò)程，能量利用存在損失；可以依據化工熱力學(xué)和生物熱力學(xué)的基本理論建立污水處理工藝的能量平衡分析方法。 (3)本文完善了污染物化學(xué)能的概念和計算方法。按照所依據的熱力學(xué)定律，污染物化學(xué)能分為化學(xué)焓與化學(xué)()。在化學(xué)能量變與質(zhì)變的不同層面上，本文建立了污染物化學(xué)焓和化學(xué)()與常規水質(zhì)指標COD和TOC的定量關(guān)系，實(shí)現了污染物濃度指標與能量指標的耦合：污水有機污染物水質(zhì)指標與化學(xué)焓的關(guān)系為：hch=13.91kJ/gCOD，即每g有機物可測定的COD包含13.91kJ的化學(xué)焓；微生物細胞的平均化學(xué)焓含量為22.15kJ/gVSS；污水有機污染物水質(zhì)指標與化學(xué)()的關(guān)系為E0xc=13.825kJ/gCOD，即每g有機物可測定的COD包含13.825kJ的化學(xué)()；微生物細胞的平均化學(xué)()含量為22.605kJ/gVSS。 (4)本研究在國內首次建立了污水生物處理單元能量衡算的黑箱模型和()平衡分析的灰箱模型，這兩個(gè)模型統一了處理流程外部能源消耗與內部能量變遷的表達方式。結合采用上述兩類(lèi)能量分析法(焓和())考察了目前國內常用的四種二級處理工藝的實(shí)際運行和用能情況。焓衡算從用能結構上剖析了各處理廠(chǎng)能量形態(tài)的變化和流向，()分析方法明確了能量質(zhì)的損耗發(fā)生的位置和途徑。本研究提出和建立了評價(jià)城市污水處理廠(chǎng)能量利用和回收效率的技術(shù)指標體系(包括單耗指標、綜合能耗指標、利用率指標和回收率指標)，并對比能耗指標與熱效率指標的實(shí)際應用進(jìn)行了對比。結論認為：能量利用率指標較之比能耗指標更為客觀(guān)和嚴密，有助于指導現有污水廠(chǎng)具體進(jìn)行節能降耗。 (5)基于上述能量分析方法，在某二級污水處理廠(chǎng)進(jìn)行了應用并指導其運轉方式改造的實(shí)踐。對該廠(chǎng)的污水生物處理單元進(jìn)行了連續進(jìn)出水、間歇曝氣運轉方式的生產(chǎn)性試驗研究。對經(jīng)試驗后推薦的運行工況進(jìn)行了能量平衡分析和用能評價(jià)，得出如下結論：能量平衡分析方法可以方便地確定能源在處理系統或設備中轉化、傳遞和散逸的情況；間歇曝氣工藝顯著(zhù)提高了污水生物處理單元的能量利用率和()效率，其用能結構較為合理；該運轉方式的能耗降低主要來(lái)自于外部()損失的減少，同時(shí)污泥減量明顯；連續流間歇曝氣工藝能取得優(yōu)良的出水水質(zhì)，并具備良好的脫氮能力。

    doi：
    10.7666/d.y794997
    關(guān)鍵詞：
    污水處理 能量平衡分析 節能技術(shù) 間歇曝氣 污染物化學(xué)能 市政工程 城市污水處理工藝
    作者：
    高旭
    學(xué)位授予單位：
    重慶大學(xué)
    授予學(xué)位：
    博士
    學(xué)科專(zhuān)業(yè)：
    市政工程
    導師姓名：
    龍騰銳
    學(xué)位年度：
    2002
    語(yǔ)種：
    中文
    分類(lèi)號：
    TU992.7 X703
    在線(xiàn)出版日期：
    2012年07月27日